兩級(jí)交替回流/厭氧/局部供氧生物膜技術(shù)對(duì)分散污水有機(jī)物和氮的去除效果*

吳 迪 錢 姍 趙 秋 高賢彪 郭 銳 李 妍

(1.天津市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，天津 300192；2.天津市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新基地，天津 301700)

兩級(jí)交替回流/厭氧/局部供氧生物膜技術(shù)對(duì)分散污水有機(jī)物和氮的去除效果*

吳 迪1錢 姍1趙 秋1高賢彪1郭 銳2李 妍1

(1.天津市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，天津 300192；2.天津市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新基地，天津 301700)

利用兩級(jí)交替回流/厭氧/局部供氧生物膜技術(shù)處理農(nóng)業(yè)園區(qū)的分散污水，研究了有機(jī)物和氮的去除效果。結(jié)果表明，COD、BOD5、氨氮和總氮的平均去除率分別為64.9%、71.6%、64.4%、45.5%，出水平均質(zhì)量濃度分別為54.7、15.3、9.2、17.2mg/L，基本達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)在冬季低溫期和水質(zhì)復(fù)雜期也能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

分散污水 局部供氧 氮 交替回流 有機(jī)物

我國(guó)分散污水處理與利用正處在起步階段，人口不集中、水量小、日變化系數(shù)大、排水設(shè)施落后，給新農(nóng)村、旅游景區(qū)、觀光園區(qū)、農(nóng)業(yè)示范區(qū)等的分散污水有機(jī)物及氮去除帶來(lái)了挑戰(zhàn)[1-2]。

目前，我國(guó)分散污水處理以修建化糞池、坑塘自然凈化池為主，很難有效去除有機(jī)物和氮[3]。一些污水處理裝置，如小型合并處理凈化槽、一體化集成凈化裝置等，雖然在懸浮物和有機(jī)物去除方面有了進(jìn)步，但脫氮能力仍明顯不足[4-6]。人工濕地技術(shù)及在其基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的人工復(fù)合生態(tài)床技術(shù)也存在有機(jī)負(fù)荷低、處理效果受季節(jié)影響大等缺點(diǎn)[7]。分散污水若要處理后用于農(nóng)業(yè)灌溉、養(yǎng)殖、綠化、景觀等，那么對(duì)出水的有機(jī)物、氮更應(yīng)該達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)再排放[8-9]。

本研究自主研發(fā)了兩級(jí)交替回流/厭氧/局部供氧生物膜技術(shù)，并應(yīng)用于天津市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新基地(以下簡(jiǎn)稱基地)周邊農(nóng)業(yè)園區(qū)的分散污水處理，研究了其對(duì)有機(jī)物和氮的去除效果。

1 研究方法

1.1工藝流程

基地位于武清開發(fā)區(qū)西側(cè)，距離天津市區(qū)較遠(yuǎn)，其周邊農(nóng)業(yè)園區(qū)產(chǎn)生的污水無(wú)法納入市政管網(wǎng)，屬于典型的分散污水。基地污水處理站設(shè)計(jì)最大處理能力為150m3/d，實(shí)際最大處理能力為140m3/d。工藝流程如圖1所示，采用沉淀池、循環(huán)池交替回流技術(shù)，沉淀池為定時(shí)回流(污泥泵每2h工作10min)，當(dāng)污泥泵工作時(shí)，集水池的污水泵和循環(huán)池的水泵均處于停止?fàn)顟B(tài)；在無(wú)進(jìn)水和污泥回流情況下，循環(huán)池的水泵以進(jìn)水池的污水泵流量的1/2回流；在局部供氧池中間區(qū)域設(shè)環(huán)形導(dǎo)流板，其上部低于局部供氧池液面，下部高于曝氣系統(tǒng)，占局部供氧池體積的1/3左右，曝氣系統(tǒng)位于環(huán)形導(dǎo)流板底部下方，連續(xù)曝氣。該兩級(jí)交替回流/厭氧/局部供氧生物膜技術(shù)用于處理基地周邊農(nóng)業(yè)園區(qū)的分散污水。

圖1 工藝流程Fig.1 Schematic diagram of the process

污水類型COD/(mg·L-1)BOD5/(mg·L-1)氨氮/(mg·L-1)總氮/(mg·L-1)SS/(mg·L-1)pH分散污水89.4～428.033.2～166.714.2～50.422.6～62.219～1446.5～8.1農(nóng)村生活污水144～43349.4～267.836.3～56.034.24～75.1078.6～184.06.8～7.6

1.2 樣品采集與測(cè)定

從2013年7月至2015年6月，分別在每月中旬采集進(jìn)水和出水。利用POS-15型便攜式水質(zhì)分析儀測(cè)定COD；采用哈納HI4421型BOD測(cè)定儀測(cè)定BOD5；采用布朗盧比公司AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定氨氮；采用耶拿公司的multi N/2100S型總有機(jī)碳/總氮分析儀[10]測(cè)定總氮；采用重量法測(cè)定懸浮固體(SS)；采用YSI 58型溶解氧儀測(cè)定溶解氧；采用pH-HJ90B型酸度計(jì)測(cè)定pH。分散污水進(jìn)水水質(zhì)(見表1)比農(nóng)村生活污水波動(dòng)大[11]。

2 結(jié)果與討論

2.1對(duì)有機(jī)物的去除效果

兩級(jí)交替回流/厭氧/局部供氧生物膜技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)分散污水COD和BOD5的去除效果分別見圖2、圖3。2013年7月至2015年6月，COD平均去除率為64.9%，出水COD平均質(zhì)量濃度為54.7mg/L；BOD5平均去除率為71.6%，出水BOD5平均質(zhì)量濃度為15.3mg/L。出水COD與BOD5均達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。這主要是因?yàn)榧厝莘e較小(33.6m3)，提高了進(jìn)水頻率，減少了每次的進(jìn)水量，而且沉淀池和循環(huán)池交替回流技術(shù)對(duì)每次進(jìn)水起到稀釋作用，正好滿足了分散污水處理需多頻次進(jìn)水的需求，有效緩解了進(jìn)水污染負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)的沖擊。另外，水解酸化調(diào)節(jié)池填充的生物填料與泥水循環(huán)系統(tǒng)協(xié)同作用，極大地發(fā)揮了系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的截流與降解能力，也為反硝化提供了有利條件[12-13]。

圖3 BOD5去除效果Fig.3 Removal efficiency of BOD5

每年的冬季低溫期(12月至次年3月)COD平均去除率為47.9%，BOD5平均去除率為58.6%，低于其他時(shí)期?？赡茉蛑饕嵌練鉁剌^低，微生物新陳代謝速率減慢，因此對(duì)有機(jī)物的去除率降低。每年的10—11月是水質(zhì)復(fù)雜期，周邊企業(yè)排污量加大，導(dǎo)致進(jìn)水有機(jī)污染負(fù)荷大大增加，但是COD和BOD5仍分別能達(dá)到GB 18918—2002的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，平均去除率分別為79.1%、87.2%。

2.2 對(duì)氮的去除效果

水解酸化調(diào)節(jié)池內(nèi)的氨化細(xì)菌以污水中有機(jī)物為碳源和能源，將有機(jī)氮分解為氨氮；局部供氧池好氧區(qū)(環(huán)形導(dǎo)流板內(nèi)部區(qū)域)的硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌將氨氮氧化為硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮；局部供氧池缺氧區(qū)(環(huán)形導(dǎo)流板外部區(qū)域)的反硝化細(xì)菌再以硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮為電子受體，利用進(jìn)水中的有機(jī)物為碳源和能源將硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮還原為氮?dú)馀懦鱿到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氮的脫除[14]。進(jìn)水按5∶1(體積比)分配給水解酸化調(diào)節(jié)池和局部供氧池，從而提高脫氮效率和有機(jī)物的利用率；局部供氧池缺氧區(qū)隨深度的增加，溶解氧含量逐漸降低，當(dāng)水深超過(guò)1 m時(shí)溶解氧不足1.0 mg/L(見圖4)，有利于反硝化細(xì)菌的脫氮[15-16]。

由圖5可以看出，進(jìn)水氨氮平均質(zhì)量濃度為28.0 mg/L，出水氨氮平均質(zhì)量濃度為9.2 mg/L，氨氮平均去除率為64.4%。由圖6可以看出，進(jìn)水總氮平均質(zhì)量濃度為39.4 mg/L，出水總氮平均質(zhì)量濃度為17.2 mg/L，總氮平均去除率為45.5%。出水氨氮和總氮均達(dá)到了GB 18918—2002的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 局部供氧池缺氧區(qū)不同深度溶解氧質(zhì)量濃度Fig.4 Dissolved oxygen mass concentration in different depths of anoxic area of local oxygen supply chamber

冬季低溫期氨氮平均去除率為51.9%，總氮平均去除率為53.9%，氨氮低于全年去除率平均值而總氮卻高于全年去除率平均值?？赡茉蚴请S著水溫降低，氨化細(xì)菌活性大大降低；但是反硝化細(xì)菌的活性降低不明顯，從而保證了冬季低溫期總氮的去除效果[17-18]。水質(zhì)復(fù)雜期氨氮平均去除率為76.7%，高于全年去除率平均值；總氮平均去除率為35.7%，低于全年去除率平均值：但出水濃度均達(dá)到了GB 18918—2002的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 論

通過(guò)兩級(jí)交替回流/厭氧/局部供氧生物膜技術(shù)對(duì)分散污水有機(jī)物和氮去除效果的實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)出水COD、BOD5、氨氮和總氮4項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到GB18918—2002一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)在冬季低溫期和水質(zhì)復(fù)雜期也基本能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5 氨氮去除效果Fig.5 Removal efficiency of ammonia nitrogen

圖6 總氮去除效果Fig.6 Removal efficiency of total nitrogen

[1] 王青穎.中國(guó)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及研究方向[J].污染防治技術(shù),2007,20(5):37-38.

[2] WANG M,WEBBER M,FINLAYSON B,et al.Rural industries and water pollution in China[J].Journal of Environmental Management,2008,86(4):648-659.

[3] 李松,單勝道,曾林慧,等.人工濕地/穩(wěn)定塘工藝處理農(nóng)村生活污水[J].中國(guó)給水排水,2008,24(10):67-69.

[4] 李先寧,呂錫武,孔海南.農(nóng)村生活污水處理技術(shù)與示范工程研究[J].中國(guó)水利,2006(17)：19-21.

[5] SARI L,WENDY S,KATARZYNA K R,et al.Effect of temperature on anaerobic treatment of black water in UASB-septic tank systems[J].Bioresource Technology,2007,98(5):980-986.

[6] 賀鋒,曹湛清,夏世斌,等.生物膜—人工濕地組合工藝處理城鎮(zhèn)生活污水的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(8):1655-1660.

[7] 苑丹丹,付為國(guó),李萍萍.不同配置人工濕地系統(tǒng)農(nóng)村生活污水處理效果[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2010,36(8)：1-7.

[8] SHANNON M K,BOHN P W,ELIMELECH M,et al.Science and technology for water purification in the coming decades[J].Nature,2008,452 (7185):301-320.

[9] 董文杰,陸廣,嚴(yán)立,等.分散式面源生活污水生態(tài)處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染與防治,2014,36(8)：84-88,91.

[10] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].4版.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[11] 吳迪,高賢彪,李玉華,等.兩級(jí)回流生物膜工藝處理農(nóng)村生活污水效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,29(1):218-224.

[12] 王霞芳,紀(jì)榮平.厭氧懸浮填料床預(yù)處理農(nóng)村生活污水的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2010(7)：61-63.

[13] WU Changyong,CHEN Zhiqiang,LIU Xiuhong,et al.Nitrification-denitrification via nitrite in SBR using real-time control strategy when treating domestic wastewater[J].Biochemical Engineering Journal,2007,36(2):87-92.

[14] 潘碌亭,王文蕾,余波.接觸氧化—強(qiáng)化混凝工藝處理崇明農(nóng)村生活污水特性[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,27(9):242-247.

[15] 劉偉巖,李軍,宋瑋華,等.碳源對(duì)缺氧/厭氧/好氧工藝脫氮除磷效果的影響[J].中國(guó)給水排水,2009,25(13):55-57.

[16] 吳昌永,彭永臻,彭軼.A2O工藝處理低C/N比生活污水的試驗(yàn)研究[J].化工學(xué)報(bào),2008,59(12):3126-3131.

[17] 潘珊珊,王宏綴,楊金,等.新型分段進(jìn)水脫氮反應(yīng)器的去污性能研究[J].環(huán)境污染與防治,2014,36(5)：64-69.

[18] 呂娟,陳銀廣,顧國(guó)維.厭氧/缺氧/好氧多級(jí)交替SBR脫氮除磷試驗(yàn)研究[J].環(huán)境污染與防治,2007,29(9)：648-651.

Researchonnitrogenandorganicsremovalefficiencyofdecentralizedwastewaterusinganaerobic/localoxygensupplybiofilmtechnologywithtwo-stagealternatereturns

WUDi1，QIANShan1，ZHAOQiu1，GAOXianbiao1，GUORui2，LIYan1.

(1.TianjinInstituteofAgriculturalResourcesandEnvironment,Tianjin300192;2.TianjinModernAgriculturalScienceandTechnologyInnovationBase，Tianjin301700)

An anaerobic/local oxygen supply biofilm technology with two-stage alternate returns was utilized to treat decentralized wastewater from an agricultural garden. The removal efficiency of nitrogens and organics was studied. Results indicated that the average removal rate of COD,BOD5,ammonia nitrogen and total nitrogen were 64.9%,71.6%,64.4% and 45.5%,respectively. The average effluent mass concentrations of COD,BOD5,ammonia nitrogen and total nitrogen were 54.7,15.3,9.2 and 17.2 mg/L,respectively,almost all meeting “Discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant” (GB 18918-2002) first level B standard. It was worth mentioning that the process could stably run during low temperature period and complicated period.

decentralized wastewater; local oxygen supply; nitrogen; alternate return; organics

吳 迪，男，1977年生，碩士，副研究員，主要從事水污染控制與資源化利用研究。

*天津市科技支撐項(xiàng)目(No.14ZCZDNC00019)；天津市農(nóng)轉(zhuǎn)資金資助項(xiàng)目(No.201101037)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.03.012

2016-07-06)